航天大国的困境

张雪松

苏联在冷战时期是数一数二的航天强国。苏联解体后，俄罗斯继承了它的航天遗产，仍然是顶尖的航天强国。然而俄罗斯长期以来对航天工业投资不足，外加技術队伍的老化，现在航天工业疲态尽显。即使是俄罗斯最骄傲的运载火箭领域，现在老火箭即将退役、新火箭举棋不定，航天强国的根基正在动摇。

物美价廉已成往事

在苏联时代，作为大型火箭的“质子”进行了约200次发射，中型火箭“联盟”更是发射了约1200次，造运载火箭真是“造香肠”一般！这两种主力运载火箭的研制成本和试验费用都由苏联政府承担，而得益于苏联时代的大规模生产能力，火箭制造成本也相对低廉。因此在冷战结束后，俄罗斯的这两种运载火箭因为物美价廉，成为国际发射市场上的新宠。

20世纪90年代美国一次性火箭和复用的航天飞机都缺乏商业竞争力。欧洲的阿里安4和阿里安5火箭虽然相当成功，但俄罗斯运载火箭的性价比更高。在美俄友好的国际环境下，双方商业合作也相当顺利，1995年美国洛克希德公司、俄罗斯赫鲁尼切夫中心和能源集团联合成立了国际发射联盟（ILS），使用“质子”和“宇宙神”火箭参与国际商业发射竞争，对抗欧洲的阿里安宇航公司。ILS名义上说是美俄联合，但“宇宙神”火箭价格太高，争夺商业发射合同基本靠“质子”。“质子”虽然最大运力逊色于阿里安5火箭，“而且成功率并不算太高，几乎每10次发射就有1次失败，但因为价格优势大，竞争力还是很突出，拿到了大量订单。商业发射也回馈给俄罗斯航天企业大量利润，度过了青黄不接的艰难岁月。

“联盟”同样得到了商业发射市场的青睐，尤其是欧洲航天局在阿里安4中型运载火箭退役后，手里只有费尽九牛二虎之力研制出来的阿里安5大型运载火箭。但阿里安5火箭价格昂贵，用于发射中型卫星载荷费效比实在太差。欧洲航天局不得已转向东方，相中了俄罗斯“联盟”。

欧洲公司不仅付钱给俄罗斯，使用“联盟”发射卫星，阿里安宇航公司还买来“联盟”，在库鲁发射场建立了“联盟”的发射工位，独立运作“联盟”的发射任务。目前卖给阿里安公司的“联盟”，就已经在库鲁发射场进行了18次发射。未来还有“一网”公司下的21次商业发射订单。

但俄罗斯运载火箭商业发射的辉煌即将成为过去，航天专家和爱好者对这一幕都不感到意外。美国有渐进一次性运载火箭（EELV）计划下的宇宙神5和德尔塔4火箭，欧洲航天局有阿里安5火箭，日本有H-ⅡA火箭。中国新一代的长征五号、六号和七号火箭都已经投入使用。而俄罗斯却仍在用几十年前研发的“联盟”和“质子”扛大梁。随着时光的流逝，这两种老火箭的研制成本早已被摊薄到不值一提，但技术落后却导致制造成本不断上升。“联盟”发射报价已经增加到约6000万美元，“质子”就更贵了。老式火箭的成本优势早已时过境迁。

另一方面，西方火箭的技术革新带来成本降低。美国猎鹰九号火箭凭借技术先进性也做到了更低的成本，几乎抢光了“质子”的商业订单。欧洲航天局新一代的阿里安6号火箭将于2020年发射。它不仅设计上兼顾中型和大型构型，而且大大降低了发射成本。日本正在研制的H-Ⅲ火箭同样显著降低了发射成本，预定2020年左右发射。在西方新一代火箭的挤压下，俄罗斯的老火箭发射价格高、技术水平低、发射成功率低的劣势却日益明显，淡出商业发射市场是必然的结果。

新火箭研制举步维艰

西方、中国以及印度都在研制新一代运载火箭，俄罗斯虽然没有固步自封但却是心有余而力不足。俄罗斯早在20世纪90年代就提出了能源-M、“安加拉”等一系列构想，最终决定研制模块化的“安加拉”运载火箭家族，想一举取代现役全部火箭，包括俄罗斯自行制造的“联盟”和“质子”、与乌克兰合作生产的“天顶”，以及“闪电”和“轰鸣”等小型运载火箭。

◎设计出色的“安加拉”

俄罗斯对“安加拉”火箭寄予厚望，从1992年开始招标，最早计划在2005年首飞。但梦里走了很多路，醒来还是在床上。随着20世纪90年代俄国经济萧条预算紧缺，导致航天工业人员流失和工业基础衰退，严重困扰着“安加拉”火箭的研制。1994年赫鲁尼切夫中心拿到研制合同，但直到1998年才完成基本设计。同年俄罗斯发生金融危机，“安加拉”火箭的研制刚刚开始就被搁置。直到2004年后俄罗斯经济的恢复，“安加拉”才开始加速研制。

2002年左右赫鲁尼切夫中心和韩国航空宇宙研究院合作，为韩国第一种火箭KSLV-1研制提供支持。实际上，KSLV-1火箭第一级几乎就是“安加拉”通用模块URM-1模块的试验品。URM-1使用单发RD-191液氧煤油发动机，可以作为火箭第一级芯级单独使用；也可以再捆绑两枚或四枚URM-1，构成重型火箭的第一级。第二级则使用装RD-0124A液氧煤油发动机的URM-2模块。这样就构成了“安加拉”1、“安加拉”A3和“安加拉”A5三种火箭。俄航天局还打算采用这两种模块构成更加丰富的型号，形成运力覆盖小型到大型火箭的“安加拉”家族。

俄韩合作为赫鲁尼切夫中心带来了宝贵的资金。但俄方在“合作”中，不但不向韩国转让任何技术，甚至不允许韩国人观看URM-1的测试、燃料加注等射前准备工作。KSLV-1三射两败，第三次才把卫星送进了轨道。而三次飞行的费用全都是韩国承担的。实际上，韩国充当了“冤大头”和“小白鼠”，俄航天局却对URM-1进行了飞行验证、积累了经验。在此技术上，2004年，“安加拉”火箭完成详细设计并开始制造。

◎黯然下马的“罗斯M”

理论上“安加拉”火箭可以一统天下，取代苏联时代研制的各种火箭。但俄罗斯不仅继承了苏联航天的雄厚基础，也沿袭了山头林立的格局。

2008年俄罗斯航天局宣布“安加拉”火箭研制顺利，首次发射有望在2010年进行，但随后又向能源集团下属的俄进步设计局投资，研制“罗斯M”火箭。该火箭使用RD-180液氧煤油发动机，几乎就是俄罗斯版的宇宙神-5火箭家族。它的运载能力和“安加拉”火箭高度重合，但核心任务是发射载人飞船。财大气粗的美国当时正在同时推进宇宙神-5和德尔它-4两种大型火箭的研制。俄罗斯也打算同时研制两种新一代火箭。但这样的研制费却是其承受不起的。

2011年，时任航天局长波波夫金决定取消“罗斯M”火箭项目。他表示，即使航天局投入37%的年度预算投入研制，“罗斯M”火箭也不可能在2015年首飞。

“罗斯M”火箭的挑战落幕了，载人飞船将使用“安加拉”A5P火箭发射，但“安加拉”火箭的研制和试验进度却不尽人意。2013年第一枚“安加拉”1.2PP火箭才运往普列谢茨克发射场进行测试和合练。它只是无捆绑的小型火箭，首次发射还是一次亚轨道发射。其实这也不奇怪，苏联航天的辉煌属于苏联，而俄罗斯新型运载火箭研制时没几个老专家了，完全可以说是年轻人的第二次创业，进度不尽人意也在情理之中。

◎“联盟”火箭的改进

由于“联盟”火箭的可靠性高，俄罗斯还在继续改进它，发展了“联盟”2系列火箭。包括数字化改进的“联盟”2.1火箭和二级升级的“联盟”2.1b火箭，更有第一级改用NK-33液氧煤油发动机的无捆绑轻型“联盟”2.1v火箭。

“联盟”火箭的改进，挤压了“安加拉”火箭的生存空间，比如“联盟”2.1v就抢走了“安加拉”1.2小型火箭的饭碗。更搞笑的是，俄罗斯近两年又启动了“联盟”5火箭的研制，进步设计局也跑来分一杯羹。“联盟”5现在计划使用RD-171MV液氧煤油发动机做第一级，等于是俄罗斯全国产的“天顶”火箭。它被打算用于发射“联邦”号载人飞船。这样一来，本来就被搁置的“安加拉”A3火箭方案再无翻身之日。总而言之，俄罗斯原计划用模块化的“安加拉”火箭家族取代老式运载火箭的尝试，已经在现实面前支离破碎。

研发机构债务缠身

“安加拉”火箭现在只有“安加拉”1.2和“安加拉”A5两个型号，都在2014年进行了首次发射。这本应是俄罗斯新一代运载火箭投入使用的起点，但两次试验后就没了下文。俄罗斯航天还是在依靠“质子”、“联盟”等老火箭发射航天器。其中原因，既有俄国各个设计局之间的勾心斗角，也因为原定的东方发射场“安加拉”工位迟迟没有建成，赫鲁尼切夫中心本身的经营也大有问题。

由于航天预算砍了又砍，俄罗斯能用于新一代火箭研制和替换上的钱实在不多，这也是“安加拉”火箭虽然试验发射成功，但一直没有替换老火箭的根本原因。2019年“安加拉”火箭将在普列谢茨克发射场开始商业发射，东方发射场要从2021年开始发射。至于“联盟”5火箭的研制和发射，那就是更遥远的事情了，甚至不排除俄再拿出一个纸面火箭取代“联盟”5。

重型火箭遥不可及

虽然新一代火箭的研制举步维艰， 但俄罗斯从来不缺乏纸面计划，最近他们又在积极讨论重型火箭了。

美国航宇局为了重返月球，曾经打算研制“战神”系列重型火箭。俄罗斯也不甘落后，提出了不少纸面重型火箭方案。美国航宇局后来取消了“战神”，但2011年在国会压力下继续研制重型火箭，这就是计划2020年首飞的空间运载系统。俄罗斯各个设计局也在竞相发布重型火箭方案，它们基本都以“能源”重型火箭留下的RD-170/171液氧煤油发动机和RD-0120液氧液氢发动机为基础，但也有使用液氧甲烷发动机的方案。

2013年俄罗斯赫鲁尼切夫中心提出了“叶尼塞”5重型火箭方案，芯级使用3台RD-0120发动机，捆绑的4个助推器各使用1台RD-171M发动机，近地轨道运力可达125吨。能源集团提出了“能源5K”方案，芯级1台RD-171M发动机，4个助推器各1台RD-171M发动机，第二级使用液氧煤油的RD-191V发动机。其特点在于全液氧煤油推进剂，不过近地轨道运力只有79吨。进步设计局提出了STK火箭方案，芯级是4台RD-0164液氧甲烷发动机，捆绑2枚/4枚/6枚助推器调节运力，每枚助推器使用2台RD-0164发动机。俄航天局则在“暴风雪”号航天飞机飞行25周年纪念仪式上宣布，将制定路线图，用超重型火箭执行飞向月球、小行星和火星的載人飞行任务，以及建立月球有人居住基地。俄航天局还表示，俄重型火箭将使用类似美国SLS的分阶段升级方式，第一阶段近地轨道运力80吨级，第二阶段运力升级到150吨。

愿望是美好的，前途是光明的，但现实是残酷的。2014年8月15日俄罗斯Lenta网站报道，俄罗斯航天局为重型火箭研制申请了2146亿卢布的预算。但航天预算反复缩水让这一切成了镜中花水中月。俄航天局一度提议取消普列谢茨克和和东方发射场的备份“安加拉”发射工位，集中资金用于研制重型火箭。但重型火箭的研制需要花费巨资，俄罗斯航天局曾预测，完成研制需要7000亿卢布。取消两个备用工位，省出来的钱也不够用。2015年3月俄重型火箭研制被迫无限期推迟。

官方囊中羞涩时，赫鲁尼切夫中心提出了“安加拉”A5V火箭方案。它第一级发动机增推10%左右，上面级换用液氧液氢发动机，编号中的字母V来自俄语Vodorod（氢）这个单词。“安加拉”A5V火箭近地轨道运力提高到35-38吨，同步转移轨道运力可达12吨以上。一次载人登月任务需要4次“安加拉”A5V火箭发射。但它研制费用只需要370亿卢布，属于俄罗斯承担得起的选择。然而，对比威武雄壮的美国SLS火箭，“安加拉”A5V火箭性能差得太多，俄罗斯政界也有很多人不满意，甚至认为这是要扼杀俄罗斯的重型火箭研制能力。

出于政治需要，2017年俄罗斯又一次启动重型火箭的研制，能源集团的“能源”5V方案胜出。“能源”5V火箭芯一级和助推器使用RD-171MV液氧煤油发动机，第二级使用RD-150液氧液氢发动机，第三级使用RD-58MF液氧煤油发动机或是RD-0146液氧液氢发动机。俄航天集团公司估算，“能源”5V火箭研制和发射等基础设施建设需要约1.5万亿卢布投资，这还是“能源”5V和“联盟”5火箭共享设计，芯一级和助推器使用4.1米直径和RD-171MV发动机的结果。

在航天预算极其有限的条件下，俄罗斯仍然要用“安加拉”火箭进行换代，研制新的“联盟”5火箭和“联邦”号飞船，还要研制重型火箭，这实在让人眼花缭乱。然而，纸面项目可以自由提出，没钱还是搞不出型号的。2018年8月塔斯社报道，重型火箭研制将花费约250亿美元！这相当于把至少10年的航天预算全用于研制重型火箭和配套地面设施。2028年俄罗斯重型火箭发射升空这个想法，实现起来那可是“相当的困难”。